Jak cytować
Abstrakt
Praca poświęcona jest tematyce ścinania smukłych belek betonowych bez zbrojenia poprzecznego, z podłużnym zbrojeniem na zginanie, wykonanym z dwóch typów prętów: stalowych i kompozytowych z włókien szklanych (glass fiber reinforced polymer – GFRP). Motywacją do podjęcia badań w tym zakresie była chęć określenia wpływu niskiego modułu sprężysto-ści podłużnej prętów GFRP oraz anizotropowej budowy tych prętów na mechanizm zniszczenia i nośność ścinania. Głównym celem pracy była analiza mechanizmu niszczenia belek z podłużnym zbrojeniem, wykonanym z włókien szklanych lub zbrojeniem stalowym bez zbrojenia poprzecznego oraz analiza nośności na ścinanie i odkształcalności takich elementów. Pozostałe cele obejmowały analizę wpływu następujących parametrów zmiennych na nośność belek i sposób zniszczenia: stopnia zbrojenia podłużnego (1,0%, 1,4%, 1,8%), liczby poziomów prętów (jeden, dwa), liczby i średnicy prętów odpo-wiadających stopniom zbrojenia oraz grubości betonowej otuliny (15 mm, 35 mm). Do analizy rozwoju zarysowania ele-mentów badawczych użyto systemu cyfrowej korelacji obrazu Aramis, który pozwolił na szczegółową rejestrację mechani-zmu niszczenia od chwili zarysowania, przez jego rozwój, do momentu zniszczenia. Korzystając z kinetycznego modelu ścinania opisano proces niszczenia belek, ze wskazaniem różnic dotyczących położenia i nachylenia ukośnych rys niszczą-cych dla poszczególnych belek. Program badawczy obejmował trzydzieści trzy jednoprzęsłowe, swobodnie podparte belki oprzekroju teowym (beff = 400 mm, bw = 150 mm, hf = 60 mm, htot = 400 mm) i rozpiętości w osiach podpór (1800 mm)bez zbrojenia poprzecznego. Belki obciążano jedną siłą skupioną położoną w odległości 1100 mm od osi podpory, co od-powiadało smukłości ścinania a/d w granicach 2,9-3,0 i spełniało warunek belek smukłych. Badania ujawniły dwa sposoby zniszczenia. Pierwszy, ścinająco-rozciągający, wystąpił w większości elementów (wszystkich elementach żelbetowych i części elementów zbrojonych prętami GFRP) oraz drugi, związany z utratą przyczepności zbrojenia, który wystąpił w trzech elementach II serii, zbrojonych prętami GFRP. Badania potwierdziły wyraźny wpływ rodzaju zbrojenia podłużne-go na zachowanie się belek bez zbrojenia poprzecznego. Czterokrotnie niższy moduł sprężystości zbrojenia szklanego ujawnił łagodnie postępujące zniszczenie ścinająco-rozciągające w porównaniu do gwałtownego zniszczenia belek żelbetowych. Różnica modułów sprężystości obu typów zbrojenia skutkowała od 30% do 66% wyższą nośnością na ścinanie belek żelbetowych niż zbrojonych prętami GFRP o tym samym stopniu zbrojenia. Wraz ze wzrostem stopnia zbrojenia podłużnego zarysowanie belek było mniej intensywne, podobnie jak malała szerokość rozwarcia rys, rosła sztywność elementów po zarysowaniu, malały ugięcia belek oraz rosła nośność na ścinanie. Dwuwarstwowy układ zbrojenia był szczególnie korzystny w elementach zbrojonych prętami GFRP, gdyż znacząco ograniczył szerokość rozwarcia rys, podczas gdy w znacznie sztywniejszych belkach żelbetowych ten efekt nie był tak wyraźny. Wpływ zmiany średnicy zastosowanych prętów głównych był szczególnie widoczny w elementach o niskim stopniu zbrojenia (ok. 1%). Wpływ grubości betonowej otuliny był dość mały, co potwierdza opinię o braku efektu siły klockującej w elementach bez zbrojenia poprzecznego.
Bibliografia
Cavagnis, F., Fernández Ruiz, M. i Muttoni, A. (2015) „Shear failures in reinforced concrete members without transverse reinforcement: An analysis of the critical shear crack development on the basis of test results”, Engineering Struc-tures, 103, ss. 157–173. doi: 10.1016/j.engstruct.2015.09.015.
CEN (2017) CEN/TC 250/SC 2/WG 1/TG 1 N 110 Draft Reinforcing With FRP.
Cladera, A. i in. (2015) „Predicting the shear-flexural strength of slender reinforced concrete T and I shaped beams”, Engineering Structures, 101, ss. 386–398. doi: 10.1016/j.engstruct.2015.07.025.
Cladera, A. i in. (2016) „The compression chord capacity model for the shear design and assessment of reinforced and prestressed concrete beams”, Structural Concrete, 17(6), ss. 1017–1032. doi: 10.1002/suco.201500214.
DIN EN 10002-1 (2001) Metallic materials - Tensile testing - Part 1: Method of testing at ambient temperature.
International Organization for Standardization (ISO) (2015) „10406-1. Fibre-reinforced polymer (FRP) reinforcement of concrete Test methods Part 1: FRP bars and grids”.
Kotynia, R., Szczech, D. i Kaszubska, M. (2017) „Bond Behavior of GRFP Bars to Concrete in Beam Test”, Procedia En-gineering, 193, ss. 401–408. doi: 10.1016/j.proeng.2017.06.230.
Kowalewski, Z. i in. (2016) „Nowoczesne systemy optyczne w badaniach mechanicznych – budowa, działanie, zastosowa-nia”, w XXII Seminarium Nieniszczące badania materiałów. Zakopane.
Krawczyk, Ł., Gołdyn, M. i Urban, T. (2017) „O niedokładnościach systemów cyfrowej korelacji obrazu”, Journal of Civil Engineering, Enviroment and Architecture, XXXIV(64), ss. 259–270.
Leonhardt, F. i Walther, R. (1962a) „Schubversuche an einfeldigrn Stahlbetonbalken mit und ohne Schubbewehrung”, DAfSt.
Leonhardt, F. i Walther, R. (1962b) „Shear Tests on Beams With and Without Shear Reinforcement”, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, 151(151), s. 83.
Marí, A. i in. (2014) „Shear design of FRP reinforced concrete beams without transverse reinforcement”, Composites Part B: Engineering, 57, ss. 228–241. doi: 10.1016/j.compositesb.2013.10.005.
Mazaheripour, H. i in. (2013) „Experimental study on bond performance of GFRP bars in self-compacting steel fiber rein-forced concrete”, Composite Structures, 95, ss. 202–212. doi: 10.1016/j.compstruct.2012.07.009.
Muttoni, A. i Ruiz, M. F. (2008) „Shear strength of members without transverse reinforcement as function of critical shear
crack width”, ACI Structural Journal, 105(2), ss. 163–172. doi: 10.1139/l96-004. Perry, C. C. (1989) „Data-Reduction Algorithms for Strain Gage Rosette Measurements”, Experimental Techniques,
ss. 13-18. PN-EN 1992-1-1 (2008) Eurokod 2. Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków. PN-EN 206-1 (2003) Beton. Cz.1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność. PN-EN ISO 6892-1 (2016) Metale - Próba rozciągania - Część 1: Metoda badania w temperaturze pokojowej, Pn-En Iso. Dostępne na: http://sklep.pkn.pl/pn-en-iso-6892-1-2016-09e.html.
Szczech, D. i Kotynia, R. (2017) „Beam bond test of GFRP and steel reinforcement to concrete”, Archieves of Civil Engi-neering.
Taylor, H. P. J. (1969) Investigation of the dowel shear forces carried by tensile steel in reinforced concrete beams. Cement and Concrete Association, Technical Report no. TRA 431, London (UK). London.
Taylor, H. P. J. (1970) Investigation of the forces carried across cracks in reinforced concrete beams in shear by interlock of aggregate. Cement and Concrete Association, Technical Report No. 42.77, London (UK). Londyn.
Yang, Y. (2014) Shear behaviour of reinforced concrete members without shear reinforcement, a new look at an old prob-lem. PhD thesis. Delft University of Technology.